адсорбент ионов свинца

Формула изобретения

Адсорбент ионов свинца, включающий уголь, отличающийся тем, что в качестве угля использован древесный уголь, полученный пиролизом предварительно уплотненной в 2,5 раза по отношению к первоначальному объему древесины осины.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к сорбционной технике и может быть использовано для производства адсорбента в вице древесного угля, применяемого, в частности, для адсорбирования из водной среды ионов свинца.

Известен адсорбент в виде древесного угля из цельной древесины [Выгородов В.А и др. Технология лесохимического производства. М., Лесная промышленность, 1987 г., с.310].

Древесный уголь, полученный из древесины твердых лиственных пород, обладает низкой адсорбционной способностью по отношению к ионам тяжелых металлов, загрязняющих водные среды, а древесный уголь из древесины мягких лиственных пород адсорбирует ионы тяжелых металлов в тех же средах, но за длительный промежуток времени, исчисляемый десятками минут.

Известны также адсорбенты, включающие уголь [А.Д.Смирнов. Сорбционная очистка воды. Л., Химия, 1982, с.42 - прототип].

Недостатками известного технического решения являются низкая способность адсорбента адсорбировать ионы свинца из загрязненных водных сред. Для повышения эффекта очистки загрязненной водной среды от ионов свинца свинец предварительно переводят в малорастворимые соединения, что делает процесс очистки дорогим, трудоемким, продолжительным и неэкологичным.

Техническая задача изобретения состоит в расширении технологической возможности способа очистки загрязненной водной среды от ионов свинца за счет использования в качестве адсорбента древесного угля, полученного пиролизом предварительно уплотненной в 2,5 раза по отношению к первоначальному объему древесины осины, а также повышении качества очистки, снижении трудоемкости и продолжительности процесса, повышении экономичности процесса за счет использования для получения адсорбента широко доступного, дешевого и экологически чистого материала, а именно древесины осины.

Техническая задача достигается тем, что в адсорбенте ионов свинца, включающем уголь, в качестве угля использован древесный уголь, полученный пиролизом предварительно уплотненной в 2,5 раза по отношению к первоначальному объему древесины осины.

Изобретение имеет следующие отличия от прототипа:

- в адсорбенте ионов свинца в качестве угля использован древесный уголь, полученный пиролизом предварительно уплотненной в 2,5 раза по отношению к первоначальному объему древесины осины.

Это позволит расширить технологическую возможность способа очистки загрязненной водной среды от ионов свинца за счет использования в качестве адсорбента древесного угля, полученного пиролизом предварительно уплотненной в 2,5 раза по отношению к первоначальному объему древесины осины, а также повысить качество очистки, снизить трудоемкость и продолжительность процесса, повысить экономичность процесса за счет использования для получения адсорбента широко доступного, дешевого и экологически чистого материала, а именно древесины осины.

Адсорбент получали следующим образом.

ПРИМЕР.

Исследования проводили на цилиндрических образцах из древесины осины с исходной влажностью 30%, размерами 60 мм по высоте и 50 мм в диаметре. Эти размеры обусловлены конструкцией экструзионного устройства, используемого для уплотнения древесины при проведении исследовательских работ. Следует отметить, что в промышленных условиях уплотнению подвергают древесину в любом виде на любом из известных промышленных устройств.

Прессовый канал экструдера выполнен в виде усеченного конуса с наклоном образующей 18° и вмещает последовательно размещенные в нем четыре образца. Во время рабочего хода пуансона первый образец покидал прессовый канал и попадал в съемный стакан, который перемещали в термокамеру, оставшиеся образцы продвигались вперед, а в прессовый канал загружался следующий образец.

После выдержки съемного стакана с находящимся в нем образцом уплотненной древесины в термокамере, влажность образца снижалась до 4,0-6,7%, вследствие чего он свободно извлекался из полости съемного стакана. Время термообработки может составлять, например, 4 часа.

Глубокое уплотнение древесины способствует созданию равномерно пористой адсорбционной структуры. Причем при силовом воздействии на древесину дополнительно вскрываются «глухие микропоры». Кроме того, уплотнение компенсирует природный градиент плотности, которая зависит не только от природы. Она не одинакова даже в частях одного дерева: у ядра она больше, чем у заболони, в основании ветвей - большее, чем у ядра. Имеет влияние возраст дерева, условия произрастания и т.д.

Полученные образцы уплотненной древесины подвергали пиролизу, полученный адсорбент в вице древесного угля измельчали и сепарировали, выбирая угольные частицы фракции, например, 0,1-0,3 мм.

Модификация древесины путем уплотнения способствует устранению механических повреждений структуры древесного угля, который по своей природе не является сплошным телом; обычно он имеет большое количество трещин, происхождение которых весьма разнообразно. Трещины образуются в процессе роста дерева, в процессе пиролиза древесины и при охлаждении древесного угля.

Частицы полученного адсорбента подвергали испытаниям на адсорбционные свойства при их взаимодействии с ионами свинца в водной среде. В качестве загрязненного водного раствора использовали модельный водный раствор нитрата свинца. Испытанию подвергали следующие образцы адсорбента в виде древесного угля, полученного из древесины:

- осины натуральной, образец № 1, (т.е. неуплотненной);

- осины уплотненной в 2,5 раза относительно первоначального объема, образец № 2;

- дуба натурального, образец № 3, (т.е. неуплотненной).

Исследования выполнены в центре исследования качества воды (Санкт-Петербург) с использованием метода атомной эмиссии с индуктивно связанной плазмой на спектрометре IRIS Intrepid II XDL DUO фирмы Thermo Jarrell Ash. Погрешность измерений составляла ± 0,0015 мг/дм³.

Объем пробы модельного раствора нитрата свинца Pb(NO₃ )₂ 50 мл. Масса древесного угля в пробе 0,5 г.

Исходная концентрация ионов свинца Pb²⁺ при испытаниях составляла 0,55 мг/дм³.

Усредненные данные исследований образцов, зафиксированные Протоколом № 254 от 31.05.2007 г. Центра исследования качества воды, представлены в таблице 1.

Качественная и количественная картина адсорбции ионов свинца образцами древесного угля очевидна из данных табл.1.

Древесные угли из неуплотненной древесины (образцы № 1 и № 3) адсорбируют ионы свинца с меньшей степенью снижения их содержания в загрязненной водной среде и с большей продолжительностью процесса адсорбции, но являются более дешевыми и могут применяться при возможности использования менее интенсивных режимов адсорбции.

Древесный уголь из уплотненной древесины осины адсорбирует ионы свинца при минимальной продолжительности процесса очистки водной среды (5 мин), при повышенном качестве очистки, но является более дорогим, и его целесообразно применять при необходимости интенсивного и наиболее значительного снижения концентрации ионов свинца в водных средах.

Таким образом, изобретение позволяет расширить технологическую возможность способа очистки загрязненной водной среды от ионов свинца за счет использования в качестве адсорбента древесного угля, полученного пиролизом предварительно уплотненной в 2,5 раза по отношению к первоначальному объему древесины осины, а также повысить качество очистки, снизить трудоемкость и продолжительность процесса, повысить экономичность процесса за счет использования для получения адсорбента широко доступного, дешевого и экологически чистого материала, а именно древесины осины.

Таблица 1
Образец	Плотность, г/см3	Количество пор, см3/г	Концентрация ионов свинца в модельном растворе, мг/дм3
Время после начала адсорбции, мин
0	5	10	30	60
Осина натуральная (Образец № 1)	0,22	3,10	0,55	0,035	0.030	0,017	0,016
Осина, уплотненная в 2,5 раза (Образец № 2)	0,60	0,47	0,52	0,011	0,011	0,011	0,011
Дуб натуральный (Образец № 3)	0,42	1,95	0,71	0,386	0,24	0,20	0,168